JP6295730B2 - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関するものである。

光学系を小型化するために、一つのパッケージの中に発光色が互いに異なる二つの半導体レーザーを実装して、発光部同士の間隔を短くした光源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

本明細書においては、光源装置から射出される光の量に対する、後段の光学系に入射する光の量の割合を「光学効率」と称することがある。例えば、光源装置から射出される光のうち、後段の光学系に入射する光が多いことを「光学効率が高い」と称することがある。反対に、光源装置から射出される光のうち、後段の光学系に入射する光が少ないことを「光学効率が低い」と称することがある。

特開２０１０−４０４４３号公報

半導体レーザーから射出される光は拡散光であるため、光を後段の光学系に効率よく入射させるためには、拡散光を平行光に変換するコリメートレンズが必要である。そこで、特許文献１において、互いの間隔が短い二つの発光部の各々にコリメートレンズを設けた場合、コリメートレンズの焦点距離が短いため、コリメートレンズから射出される光はアラインメントのずれの影響を受けやすい。そのため、光源装置全体として、光学効率が低下するおそれがある。一方、二つの発光部に対して一つのコリメートレンズを設けることが考えられる。この場合、各光源から射出される光は、コリメートレンズを透過した後、互いに異なる方向に射出される。そのため、この場合も光源装置全体として、光学効率が低下するおそれがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、発光部同士の間隔を短くした場合でも高い光学効率が得られる光源装置を提供することを目的とする。また、このような光源装置を用い、高輝度な画像表示が可能なプロジェクターを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、第１の光ビームと第２の光ビームを含む複数の光ビームを射出する第１の発光装置と、前記複数の光ビームが入射する第１のコリメータレンズと、前記第１のコリメータレンズを透過した前記第１の光ビームが入射する第１の反射部と、前記第１のコリメータレンズを透過した前記第２の光ビームが入射する第２の反射部と、を備え、前記第１の反射部および前記第２の反射部は、前記第１の反射部で反射された前記第１の光ビームが前記第２の反射部の外側の領域を通過し、前記第２の反射部で反射された前記第２の光ビームが前記第１の反射部の外側の領域を通過し、かつ前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとのなす角を減少させるように構成されている光源装置を提供する。
上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、第１の光ビームと第２の光ビームを含む複数の光ビームを射出する第１の発光装置と、前記複数の光ビームが入射する第１のコリメータレンズと、前記第１のコリメータレンズを透過した前記第１の光ビームが入射する第１の反射部と、前記第１のコリメータレンズを透過した前記第２の光ビームが入射する第２の反射部と、を備え、前記第１の反射部および前記第２の反射部は、前記第１の反射部で反射された前記第１の光ビームが前記第２の反射部の外側の領域を通過し、前記第２の反射部で反射された前記第２の光ビームが前記第１の反射部の外側の領域を通過し、かつ前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとのなす角を減少させるように構成されており、第３の光ビームと第４の光ビームを射出する第２の発光装置と、前記第３の光ビームと前記第４の光ビームとが入射する第２のコリメータレンズと、前記第２のコリメータレンズを透過した前記第３の光ビームが入射する第３の反射部と、前記第２のコリメータレンズを透過した前記第４の光ビームが入射する第４の反射部と、前記第１の反射部と前記第２の反射部と前記第３の反射部と前記第４の反射部とを接続する接続部と、をさらに備え、前記第３の反射部および前記第４の反射部は、前記第３の反射部で反射された前記第３の光ビームが前記第４の反射部の外側の領域を通過し、前記第４の反射部で反射された前記第４の光ビームが前記第３の反射部の外側の領域を通過し、かつ前記第３の光ビームと前記第４の光ビームとのなす角を減少させるように構成されている光源装置を提供する。

この構成によれば、第１の反射部から射出される第１の光ビームと第２の反射部から射出される第２の光ビームとのなす角が小さくなり、第１の反射部および第２の反射部の後段に配置された光学系に第１の光ビームと第２の光ビームとが入射しやすくなる。そのため、光学効率が高い光学装置とすることができる。

なお、本明細書において、「第１の光ビームと第２の光ビームとのなす角」とは、第１の光ビームの主光線軸および第２の光ビームの主光線軸について、いずれか一方の主光線軸と平行な仮想面への射影を考えたときに、第１の光ビームの主光線軸および第２の光ビームの主光線軸がなす角の最大角のことを指す。詳しくは、一方の主光線軸と平行な仮想面は無数にあり、仮想面の設定が変われば、２本の光ビームのなす角は変化する。そこで、仮想面は２本の光ビームのなす角が最大になるように設定される。

本発明の一態様においては、前記第１のコリメータレンズを透過直後の前記第１の光ビームと前記第１のコリメータレンズを透過直後の前記第２の光ビームとのなす角をθとすれば、前記第１の反射部および前記第２の反射部は、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとのなす角が０より大きくθより小さくなるように構成されている構成としてもよい。
この構成によれば、第１の反射部および第２の反射部を用いることで、第１の光ビームと第２の光ビームとのなす角が、コリメータレンズの直後における第１の光ビームと第２の光ビームとのなす角よりも小さくなる。そのため、第１の反射部および第２の反射部の後段に配置された光学系に第１の光ビームと第２の光ビームとが入射しやすくなり、光学効率が高い光学装置とすることができる。

本発明の一態様においては、前記第１の発光装置は、前記第１の光ビームを射出する第１の発光面と、前記第２の光ビームを射出する第２の発光面と、を含む複数の発光面を有し、前記複数の発光面は所定の平面上に配置されており、前記第１のコリメータレンズの焦点は前記所定の平面上に位置している構成としてもよい。
この構成によれば、コリメータレンズから射出された第１の光ビームおよび第２の光ビームが平行化されるため、後段の光学系に入射しやすく、光学効率が高い光源装置とすることができる。

本発明の一態様においては、前記第１のコリメータレンズの光軸は前記所定の平面に垂直である構成としてもよい。
この構成によれば、後段の光学系において光学効率が高い光源装置とすることができる。

本発明の一態様においては、前記第１のコリメータレンズから射出された光線束の強度分布を均一にするインテグレータを有し、前記第１の反射部および前記第２の反射部は、前記第１のコリメータレンズと前記インテグレータとの間の光路上に配置されている構成としてもよい。
この構成によれば、被照射面において均一な光照射が可能な光源装置とすることができる。

本発明の一態様においては、前記インテグレータと前記第１の反射部との間、および前記インテグレータと前記第２の反射部との間に光拡散素子を有する構成としてもよい。
この構成によれば、射出瞳における照度分布を広げることができるため、光ビームが可干渉性を有する場合、スペックルを低減することが可能な光源装置とすることができる。

本発明の一態様においては、前記第１のコリメータレンズの光軸が、前記第２の光ビームの主光線軸と一致している構成としてもよい。
この構成によれば、コリメータレンズから射出される第２の光ビームの主光線軸が、コリメータレンズの光軸と平行となるため、第１の光ビームと第２の光ビームとの射出方向の制御が容易となる。

本発明の一態様においては、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとは、同一の波長を有する構成としてもよい。
この構成によれば、単一色の強い光を射出し光学効率が高い光源装置とすることができる。

本発明の一態様においては、第３の光ビームと第４の光ビームを射出する第２の発光装置と、前記第３の光ビームと前記第４の光ビームとが入射する第２のコリメータレンズと、前記第２のコリメータレンズを透過した前記第３の光ビームが入射する第３の反射部と、前記第２のコリメータレンズを透過した前記第４の光ビームが入射する第４の反射部と、前記第１の反射部と前記第２の反射部と前記第３の反射部と前記第４の反射部とを接続する接続部と、をさらに備え、前記第３の反射部および前記第４の反射部は、前記第３の反射部で反射された前記第３の光ビームが前記第４の反射部の外側の領域を通過し、前記第４の反射部で反射された前記第４の光ビームが前記第３の反射部の外側の領域を通過し、かつ前記第３の光ビームと前記第４の光ビームとのなす角を減少させるように構成されていてもよい。
この構成によれば、前記第１の反射部と前記第２の反射部と前記第３の反射部と前記第４の反射部とは、接続部によって互いに接続されたアレイ構造を構成する。そのため、各反射部を個別に設ける場合と比べ、部品数を削減し構成が簡略化された光源装置とすることができる。

本発明の一態様においては、第５の光ビームと第６の光ビームを射出する第３の発光装置と、前記第５の光ビームと前記第６の光ビームとが入射する第３のコリメータレンズと、をさらに備え、前記第３のコリメータレンズを透過した前記第５の光ビームは前記第１の反射部に入射し、前記第３のコリメータレンズを透過した前記第６の光ビームは前記第２の反射部に入射し、前記第１の反射部および前記第２の反射部は、前記第１の反射部で反射された前記第５の光ビームが前記第２の反射部の外側の領域を通過し、前記第２の反射部で反射された前記第６の光ビームが前記第１の反射部の外側の領域を通過し、かつ前記第５の光ビームと前記第６の光ビームとのなす角を減少させるように構成されていてもよい。
この構成によれば、１つの第１の反射部および第２の反射部によって第１の発光装置と第３の発光装置との光ビームの射出方向を調整することができるため、部品数を削減し構成が簡略化された光源装置とすることができる。

本発明の一態様においては、前記発光装置はレーザー光源である構成としてもよい。
この構成によれば、レーザー光源を用い光学効率が高い光源装置を実現することができる。

本発明の一態様は、上述の光源装置と、前記光源装置から射出される光を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えるプロジェクターを提供する。
この構成によれば、高輝度な画像表示が可能なプロジェクターとすることができる。

本実施形態のプロジェクターを示す模式図である。 本実施形態の光源装置が有する光源部を示す模式図である。 偏光変換素子の概略説明図である。 第１の光ビームおよび第２の光ビームの角度分布を示す計算結果の模式図である。 光源部の変形例を示す説明図である。

以下、図１〜図５を参照しながら、本実施形態に係る光源装置およびプロジェクターについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。

図１は、本実施形態のプロジェクターＰＪを示す模式図である。図に示すようにプロジェクターＰＪは、本実施形態の光源装置１００、フィールドレンズ３００Ｒ、フィールドレンズ３００Ｇ、フィールドレンズ３００Ｂ、液晶ライトバルブ（光変調素子）４００Ｒ、液晶ライトバルブ（光変調素子）４００Ｇ、液晶ライトバルブ（光変調素子）４００Ｂ、色合成素子５００、投写光学系６００を含んでいる。

光源装置１００は、光源部１１０、レンズアレイ１２０、レンズアレイ１３０、偏光変換素子１４０、重畳レンズ１５０を含んでいる。プロジェクターＰＪは、光源装置１００として、赤色光を射出する光源装置１００Ｒ、緑色光を射出する光源装置１００Ｇ、青色光を射出する光源装置１００Ｂを備えている。

プロジェクターＰＪは、概略すると以下のように動作する。光源装置１００Ｒから射出された色光は、フィールドレンズ３００Ｒを介して、液晶ライトバルブ４００Ｒに入射して変調される。同様に、光源装置１００Ｇから射出された色光は、液晶ライトバルブ４００Ｇに入射して変調され、光源装置１００Ｂから射出された色光は、液晶ライトバルブ４００Ｂに入射して変調される。液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂにより変調された複数の色光は、色合成素子５００に入射して合成される。色合成素子５００により合成された光は、投写光学系６００により壁やスクリーン等のスクリーンＳＣＲに拡大投写され、フルカラーの投写画像が表示される。
以下、プロジェクターＰＪの各構成要素について説明する。

図２は、光源装置１００が有する光源部１１０を示す模式図である。光源部１１０は、発光装置（第１の発光装置）１０と、コリメータレンズ（第１のコリメータレンズ）２０と、光反射部３０と、を含む。

発光装置１０は、第１の光ビームＬＢ１を射出する第１の光源１１と、第２の光ビームＬＢ２を射出する第２の光源１２と、を有する。本実施形態の発光装置１０は、レーザー光源である。第１の光源１１における発光面は第１の発光面１１ｓであり、第２の光源１２における発光面は第２の発光面１２ｓである。第１の発光面１１ｓと第２の発光面１２ｓとは、所定の平面上に配置されている。

本実施形態において、発光装置１０は、第１の光ビームＬＢ１および第２の光ビームＬＢ２として、同一の波長を有する光を射出する。これにより、単一色の強い光を射出し光学効率が高い光源装置１００とすることができる。

図２では、第１の光ビームＬＢ１の主光線軸を符号ＲＡ１で示し、第２の光ビームＬＢ２の主光線軸を符号ＲＡ２で示している。また、第１の光ビームＬＢ１および第２の光ビームＬＢ２は、いずれも拡散光であることとして、図示している。

コリメータレンズ２０は、発光装置１０から射出された第１の光ビームＬＢ１および第２の光ビームＬＢ２を平行化するレンズである。コリメータレンズ２０は、発光装置１０側（入射側）の焦点２０ｐが第２の光源１２における第２の発光面１２ｓ上に位置している。また、コリメータレンズ２０の光軸２０ａｘは、第２の光ビームＬＢ２の主光線軸ＲＡ２と一致している。さらに、コリメータレンズ２０の光軸２０ａｘは、第１の発光面１１ｓおよび第２の発光面１２ｓ（所定の平面）に垂直である。

そのため、コリメータレンズ２０から射出された第２の光ビームＬＢ２は、平行化され、コリメータレンズ２０の光軸２０ａｘと同方向に射出される。

一方、第１の光ビームＬＢ１は、主光線軸ＲＡ１がコリメータレンズ２０の光軸２０ａｘと同方向を向いているが、位置がずれている。そのため、コリメータレンズ２０から射出された第１の光ビームＬＢ１は、平行化されるが、第２の光ビームＬＢ２とは異なる方向に射出される。

図２では、コリメータレンズ２０から射出された第１の光ビームＬＢ１と第２の光ビームＬＢ２とのなす角をθとして示している。

光反射部３０は、第１の反射部３１および第２の反射部３２を備えている。第１の反射部３１および第２の反射部３２は反射鏡である。
第１の反射部３１は、コリメータレンズ２０を透過した第１の光ビームＬＢ１が入射し、第１の光ビームＬＢ１を反射させる。また、第２の反射部３２は、第２の光ビームＬＢ２が入射し、第２の光ビームＬＢ２を反射させる。

光反射部３０は、第１の光ビームＬＢ１と第２の光ビームＬＢ２とのなす角を減少させるように構成されている。具体的には、光反射部３０は、第１の光ビームＬＢ１と第２の光ビームＬＢ２とのなす角を、第１の光ビームＬＢ１と第２の光ビームＬＢ２とが光反射部３０に入射する前よりも小さくする。より具体的には、光反射部３０は、光反射部３０から射出される第１の光ビームＬＢ１と第２の光ビームＬＢ２とのなす角が０以上かつθより小さくなるように構成されている。図２では、光反射部３０から射出された第１の光ビームＬＢ１と、コリメータレンズ２０から射出された第２の光ビームＬＢ２とは、主光線軸同士が平行となることとして示している。

レンズアレイ１２０、レンズアレイ１３０は、発光装置１０から射出された光の強度分布を均一化するインテグレータである。そのため、光反射部３０は、コリメータレンズ２０とインテグレータとの間の光路上に配置していることとなる。

レンズアレイ１２０は、複数の第１小レンズ１２２を含んでおり、レンズアレイ１３０は複数の第２小レンズ１３２を含んでいる。複数の第１小レンズ１２２は、複数の第２小レンズ１３２と１対１で対応している。発光装置１０から射出された光は、複数の第１小レンズ１２２に空間的に分かれて入射する。第１小レンズ１２２は、入射した光を対応する第２小レンズ１３２に結像させる。これにより、複数の第２小レンズ１３２の各々に、二次光源像が形成される。なお、第１小レンズ１２２、第２小レンズ１３２の外形形状は、液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂの画像形成領域の外形形状と略相似形となっている。

偏光変換素子１４０は、レンズアレイ１２０、レンズアレイ１３０から射出された光Ｌの偏光状態を揃えるものである。図３は、偏光変換素子の概略説明図である。

図に示すように、偏光変換素子１４０は、複数の偏光変換セル１４１を含んでいる。複数の偏光変換セル１４１は、複数の第２小レンズ１３２と１対１で対応している。第２小レンズ１３２に形成された二次光源像からの光Ｌは、この第２小レンズ１３２に対応する偏光変換セル１４１の入射領域１４２に入射する。

偏光変換セル１４１の各々には、入射領域１４２に対応させて、偏光ビームスプリッター膜１４３（以下、ＰＢＳ膜１４３と称する）及び位相差板１４５が設けられている。入射領域１４２に入射した光Ｌは、ＰＢＳ膜１４３によりＰＢＳ膜１４３に対するＰ偏光Ｌ１とＳ偏光Ｌ２とに分離される。Ｐ偏光Ｌ１、Ｓ偏光Ｌ２の一方の偏光（ここではＳ偏光Ｌ２）は、反射部材１４４で反射した後、位相差板１４５に入射する。位相差板１４５に入射したＳ偏光Ｌ２は、位相差板１４５により偏光状態が他方の偏光（ここではＰ偏光Ｌ１）の偏光状態に変換されてＰ偏光Ｌ３になり、Ｐ偏光Ｌ１とともに射出される。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０から射出された光を被照明領域にて重畳させるものである。発光装置１０から射出された光は、空間的に分割された後、重畳されることにより強度分布が均一化されて光線軸周りの軸対称性が高められる。

光源装置１００Ｒから射出された赤色光Ｒは、フィールドレンズ３００Ｒに入射する。赤色光Ｒは、フィールドレンズ３００Ｒにより平行化された後に、液晶ライトバルブ４００Ｒに入射する。同様に、光源装置１００Ｇから射出された緑色光Ｇは、フィールドレンズ３００Ｇにより平行化された後に、液晶ライトバルブ４００Ｇに入射する。また、光源装置１００Ｂから射出された青色光Ｂは、フィールドレンズ３００Ｂにより平行化された後に、液晶ライトバルブ４００Ｂに入射する。

液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂは、例えば透過型の液晶ライトバルブ等の光変調装置により構成される。液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂは、画像情報を含んだ画像信号を供給するＰＣ等の信号源（図示略）と電気的に接続されている。液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂは、供給された画像信号に基づいて、入射光を画素ごとに変調して画像を形成する。液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂは、それぞれ赤色画像、緑色画像、青色画像を形成する。液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂにより変調された光（形成された画像）は、色合成素子５００に入射する。

色合成素子５００は、ダイクロイックプリズム等により構成される。ダイクロイックプリズムは、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズムの内面になる。ダイクロイックプリズムの内面に、赤色光が反射し緑色光が透過するミラー面と、青色光が反射し緑色光が透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。ダイクロイックプリズムに入射した緑色光は、ミラー面を通ってそのまま射出される。ダイクロイックプリズムに入射した赤色光、青色光は、ミラー面で選択的に反射あるいは透過して、緑色光の射出方向と同じ方向に射出される。このようにして３つの色光（画像）が重ね合わされて合成され、合成された色光が投写光学系６００によってスクリーンＳＣＲに拡大投写される。
本実施形態のプロジェクターＰＪは、以上のような構成となっている。

図４は、図２に示すレンズアレイ１２０に入射する際の、第２の光ビームＬＢ２の主光線軸に直交する平面における、第１の光ビームＬＢ１および第２の光ビームＬＢ２の角度分布を示す計算結果の模式図である。図４において、ａ軸とｂ軸との交点は原点である。

図４（ａ）（ｂ）は、図２に示す光反射部３０を用いない場合、図４（ｃ）〜（ｆ）は、光反射部３０を用いる場合を示している。

さらに、図４（ｃ）（ｄ）は、光反射部３０により第１の光ビームおよび第２の光ビームの主光線軸同士が平行になった場合を示している。図４（ｅ）（ｆ）は、光反射部３０により第１の光ビームおよび第２の光ビームの主光線軸同士のなす角が光反射部３０を用いない場合よりも小さくなった場合を示している。

図４（ａ）（ｃ）（ｅ）は、それぞれ第２の光ビームの主光線軸を原点としたときの、第１の光ビームおよび第２の光ビームの角度分布を示している。図４においては、第２の光ビームの主光線軸に直交する平面における第１の光ビームの照射角度分布を符号Ｓ１で示し、第２の光ビームの照射角度分布を符号Ｓ２で示している。図４では、照射される光成分が多い角度ほど明るく、照射される光成分が少ない箇所ほど暗くなるようにして、角度分布と照射される光量とを対応させて表示している。

図４（ｂ）（ｄ）（ｆ）は、対応する図４（ａ）（ｃ）（ｅ）において、原点を通り、ａ軸に沿う方向での光量と入射角度との関係を示す模式図である。図４（ｂ）（ｄ）（ｆ）の横軸は、図４（ａ）（ｃ）（ｅ）におけるａ軸上の位置（角度）、縦軸は光量を示している。

図４（ａ）（ｂ）に示すように、光反射部３０を用いない場合、第１の光ビームおよび第２の光ビームは離散的な角度分布を有している。対して、図４（ｃ）〜（ｆ）に示すように、光反射部３０を用いることで、第１の光ビームおよび第２の光ビームの角度分布が同じ状態（図４（ｃ）（ｄ））や、一部異なるもののほぼ同じ状態（図４（ｅ）（ｆ））とすることができる。

光反射部３０による反射角を調整することにより、図４（ｃ）（ｄ）に示す角度分布や図４（ｅ）（ｆ）に示す角度分布に制御することが可能である。第１の光ビームおよび第２の光ビームの角度分布を図４（ｃ）〜（ｆ）のように制御することには、それぞれ以下のような利点がある。

まず、第１の光ビームおよび第２の光ビームの角度分布を図４（ｃ）（ｄ）に示すように制御すると、図１に示すレンズアレイ１２０、レンズアレイ１３０に入射する光の角度分布が狭くなるため、後段の光学系に入射しない方向に射出される光が減少し、光学効率が高まる。

また、第１の光ビームおよび第２の光ビームの角度分布を図４（ｅ）（ｆ）に示すように制御すると、図４（ｃ）（ｄ）に示す状態よりは光学効率が低いが、図４（ａ）（ｂ）に示す状態よりは光学効率を高めることができる。

さらに、第１の光ビームおよび第２の光ビームが可干渉性を有する場合、図４（ｅ）（ｆ）に示すような状態に制御すると、図４（ｃ）（ｄ）に示す状態と比べ、スペックルの発生を抑制することが可能となる。

一般に、例えばレーザー光のような可干渉性を有する光を射出する光源を用いたプロジェクターでは、可干渉光の干渉によって生じるスペックルノイズと呼ばれる斑点模様がスクリーン上に視認される場合がある。これにより、投写画像の表示品質が大きく低下する。そのため、可干渉光を射出する光源を用いたプロジェクターでは、スペックルノイズに起因する表示品質の低下を抑えるための対策を施すことが好ましい。

発明者は、別途行った検討により、プロジェクターの投写光学系の射出瞳における照度分布が広い範囲において均一であると、スペックルノイズが発生しにくいことを見出した。また、プロジェクターの投写光学系の射出瞳における照度分布は、レンズアレイ１３０の位置に形成される発光装置１０の二次光源像の照度分布と相関があること、およびその二次光源像の照度分布は、レンズアレイ１２０に入射する光線束の角度分布と相関があることを見出した。

すなわち、発明者の知見によれば、レンズアレイ１２０に入射する光線束の角度分布は、プロジェクターの投写光学系の射出瞳における照度分布と相関がある。具体的には、レンズアレイ１２０に入射する光線束の角度分布を広げることによって、射出瞳における照度分布を広げることができる。したがって、レンズアレイ１２０に入射する第１の光ビームおよび第２の光ビームの角度分布を、図４（ｅ）（ｆ）に示すように広げるように制御することで、スペックルノイズを低減することができる。

上記のようなレンズアレイ１２０に入射する光線束の角度分布を広げるという観点から、光反射部３０とインテグレータとの間の光路上、すなわち光源部１１０とレンズアレイ１２０との間に、第１の光ビームおよび第２の光ビームを拡散する光拡散素子を配置することとしてもよい。光拡散素子としては、すり硝子や拡散フィルム等の拡散板、ホログラフィックディフューザー等の回折光学素子、マイクロレンズアレイ等のレンズ部品等を例示することができる。光拡散素子を配置することで、スペックルをさらに低減できる。

以上のような構成の光源装置によれば、光学効率が高い光源装置を提供することができる。また、このような光源装置を用い、高輝度な画像表示が可能なプロジェクターを提供することができる。

なお、本実施形態においては、発光装置１０が第１の光ビームＬＢ１と第２の光ビームＬＢ２とを射出することとしたが、これに加えて、第３の光ビームを射出することとしてもよい。この場合、第３の光ビームの光路上にも他の反射部を配置して、第３の光ビームの射出方向を制御することとするとよい。

また、本実施形態においては、第１の発光面１１ｓと第２の発光面１２ｓとが所定の平面上に配置され、コリメータレンズ２０の焦点２０ｐが第２の発光面１２ｓ上に位置していることとしたが、これに限らない。コリメータレンズ２０の焦点２０ｐが第２の発光面上に位置していないと、コリメータレンズ２０を透過した光ビームが完全には平行にはならないが、光反射部を用いることで、後段の光学系における光学効率を向上させるという本発明の効果は得ることが可能である。

また、本実施形態においては、コリメータレンズ２０の光軸２０ａｘが発光面に垂直であることとしたが、傾斜していてもよい。

また、本実施形態においては、レンズアレイ１２０およびレンズアレイ１３０で構成されるフライアイインテグレータを用いることとしたが、これに限らず、ロッドインテグレータや、回折構造を有するインテグレータを用いることとしても構わない。また、インテグレータを用いない構成も採用可能である。

また、本実施形態においては、第１の光ビームＬＢ１と第２の光ビームＬＢ２とが、同一の波長を有することとしたが、これに限らず、異なる波長、例えば第１の光ビームＬＢ１が赤色光であり、第２の光ビームＬＢ２が緑色光であることとしてもよい。この場合、色分離光学系を採用したプロジェクターに適用することで、光学効率が高く、高輝度な画像表示が可能なプロジェクターを提供することができる。

また、本実施形態においては、発光装置にレーザー光源を用いることとしたが、他の構成の光源を用いることとしてもよい。

（変形例）
図５は、光源部の変形例を示す説明図である。図５（ａ）は光源部１１１の概略斜視図であり、図５（ｂ）は光源部１１１が有する反射部の近傍の概略平面図である。

図５に示すように、光源部１１１は、発光装置（第１の発光装置）１０Ａと、発光装置１０Ａから射出された複数の光ビームが入射するコリメータレンズ（第１のコリメータレンズ）２０Ａと、発光装置（第２の発光装置）１０Ｂと、発光装置１０Ｂから射出された複数の光ビームが入射するコリメータレンズ（第２のコリメータレンズ）２０Ｂと、発光装置（第３の発光装置）１０Ｃと、発光装置１０Ｃから射出された複数の光ビームが入射するコリメータレンズ（第３のコリメータレンズ）２０Ｃと、を有している。図５では、複数の発光装置１０がマトリクス状（２×３）に配列している。また、各発光装置１０に対応して複数のコリメータレンズ２０がマトリクス状（２×３）に配列している。

発光装置１０Ａは、第１の光ビームと第２の光ビームとを射出する。図５では、発光装置（第１の発光装置）１０Ａが射出する第１の光ビームの主光線軸を符号ＲＡ１で示し、第２の光ビームの主光線軸を符号ＲＡ２で示している。

発光装置１０Ｂは、第３の光ビームと第４の光ビームとを射出する。発光装置１０Ｂが射出する第３の光ビームの主光線軸を符号ＲＡ３で示し、第４の光ビームの主光線軸を符号ＲＡ４で示している。

発光装置１０Ｃは、第５の光ビームと第６の光ビームとを射出する。発光装置１０Ｃが射出する第５の光ビームの主光線軸を符号ＲＡ５で示し、第６の光ビームの主光線軸を符号ＲＡ５で示している。

発光装置１０Ａ、発光装置１０Ｂおよび発光装置１０Ｃは、上述の実施形態で示した発光装置１０と同様の構成を有している。発光装置１０Ａが射出する第１の光ビーム、発光装置１０Ｂが射出する第３の光ビームおよび発光装置１０Ｃが射出する第５の光ビームは、上述の実施形態における発光装置１０が射出する第１の光ビームＬＢ１に対応する。同様に、発光装置１０Ａが射出する第２の光ビーム、発光装置１０Ｂが射出する第４の光ビームおよび発光装置１０Ｃが射出する第６の光ビームは、上述の実施形態における発光装置１０が射出する第２の光ビームＬＢ２に対応する。

また、コリメータレンズ２０Ａ、コリメータレンズ２０Ｂおよびコリメータレンズ２０Ｃは、上述の実施形態で示したコリメータレンズ２０と同様の構成を有している。

さらに、発光装置１０Ａとコリメータレンズ２０Ａとの関係、発光装置１０Ｂとコリメータレンズ２０Ｂとの関係、および発光装置１０Ｃとコリメータレンズ２０Ｃとの関係は、上述の実施形態で示した発光装置１０とコリメータレンズ２０との関係と同様の構成を採用することができる。

図５ではｘｙｚ座標系を採用し、複数の発光装置１０が配列している行列方向をそれぞれｘ方向およびｙ方向とし、発光装置１０の発光面の法線方向をｚ方向としている。

光源部１１１が有する光反射部３００は、複数の反射部３１０と、複数の反射部３２０と、複数の反射部３１０および複数の反射部３２０を接続する接続部３３０と、を有するアレイ構造を有している。詳しくは、発光装置１０Ａから射出された第１の光ビームおよび発光装置１０Ｃから射出された第５の光ビームが入射する反射部（第１の反射部）３１０Ａと、発光装置１０Ａから射出された第２の光ビームおよび発光装置１０Ｃから射出された第６の光ビームが入射する反射部（第２の反射部）３２０Ａと、発光装置１０Ｂから射出された第３の光ビームが入射する反射部（第３の反射部）３１０Ｂと、発光装置１０Ｂから射出された第４の光ビームが入射する反射部（第４の反射部）３２０Ｂと、反射部３１０Ａ，３２０Ａ，３１０Ｂ，３２０Ｂを互いに接続する接続部３３０と、を有する。

また、反射部３１０および反射部３２０は、ｙ方向に配列する複数の発光装置１０にまたがって設けられている。例えば、反射部３１０Ａおよび反射部３２０Ａは、発光装置（第１の発光装置）１０Ａおよび発光装置（第３の発光装置）１０Ｃにまたがって設けられている。

発光装置１０Ａが射出する第１の光ビームと第２の光ビームとのなす角（主光線軸ＲＡ１と主光線軸ＲＡ２とのなす角θ１）を減少させるとともに、発光装置１０Ｃが射出する第５の光ビームと第６の光ビームとのなす角（主光線軸ＲＡ５と主光線軸ＲＡ６とのなす角θ３）を減少させように、反射部３１０Ａの反射面の角度と反射部３２０Ａの反射面の角度とが設定されている。

また、発光装置１０Ｂが射出する第３の光ビームと第４の光ビームとのなす角（主光線軸ＲＡ３と主光線軸ＲＡ４とのなす角θ２）を減少させるように、反射部３１０Ｂの反射面の角度と反射部３２０Ｂの反射面の角度とが設定されている。

例えば、図５（ｂ）に示すように、光反射部３００は、第１の光ビーム、第２の光ビーム、第３の光ビーム、第４の光ビーム、第５の光ビームおよび第６の光ビームを同一方向に射出する。

なお、上記説明では、第１の反射部と第２の反射部とは互いに独立して形成されていたが、これに限らない。第１の反射部と第２の反射部とは、一体に形成されていてもよい。この場合、接続部は不要である。

このような構成の光源部１１１を有する光源装置においては、複数の発光装置１０から射出される第１の光ビームを反射させる構成部品の数を削減することができる。そのため、構成が簡略化された光源装置とすることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

本実施例においては、照明設計解析ソフトウェア（ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ、Synopsys社製）を用いたシミュレーションにより、反射部によって反射された後の第１の光ビームと第２の光ビームとのなす角θとスペックル低減効果との関係を検討した。

シミュレーションにおいては、図２に示す光源部１１０を３０個用いたモデルを想定した。また、光源部１１０から射出された光が図１に示すレンズアレイ１２０、レンズアレイ１３０、重畳レンズ１５０を介して投写光学系６００に入射するとして、投写光学系６００の射出瞳における照度分布を評価した。

シミュレーション結果を表１に示す。表１において、「重なり状態」は、第１の光ビームの角度分布と第２の光ビームの角度分布との重なり方を示している。「重なる」、「一部重なる」、「重ならない」はそれぞれ、図４（ｃ）、図４（ｅ）、図４（ａ）の重なり状態に対応する。角度θは「重なり状態」に反映されている。また、「均一性」は、拡散板を用いない場合において、第１の光ビームの角度分布と第２の光ビームの角度分布とが重なる場合の射出瞳における照度分布を基準としたときの相対値である。均一性が高いほど、スペックルノイズが発生しにくい。

上記結果から、反射部によって反射された後の第１の光ビームと第２の光ビームとを平行にしないことで、均一性が高まり、スペックル低減に効果があることが分かった。また、インテグレータと第１の光屈折素子との間に光拡散素子を設けることによって、射出瞳における照度分布を広げることができるため、スペックル低減効果を高めることができることが分かった。

１０，１０Ａ…発光装置（第１の発光装置）、１０Ｂ…発光装置（第２の発光装置）、１０Ｃ…発光装置（第３の発光装置）、１１ｓ…第１の発光面、１２ｓ…第２の発光面、２０，２０Ａ…コリメータレンズ（第１のコリメータレンズ）、２０Ｂ…コリメータレンズ（第２のコリメータレンズ）、２０Ｃ…コリメータレンズ（第３のコリメータレンズ）、２０ａｘ…光軸、２０ｐ…焦点、３０，３００…光反射部、３１…第１の反射部、３２…第２の反射部、１００，１００Ｂ，１００Ｇ，１００Ｒ…光源装置、３１０，３２０…反射部、３１０Ａ…反射部（第１の反射部）、３１０Ｂ…反射部（第３の反射部）、３２０Ａ…反射部（第２の反射部）、３２０Ｂ…反射部（第４の反射部）、３３０…接続部、４００Ｂ，４００Ｇ，４００Ｒ…液晶ライトバルブ（光変調素子）、６００…投写光学系、ＬＢ１…第１の光ビーム、ＬＢ２…第２の光ビーム、ＰＪ…プロジェクター、ＲＡ１…第１の光ビームの主光線軸、ＲＡ２…第２の光ビームの主光線軸、ＲＡ３…第３の光ビームの主光線軸、ＲＡ４…第４の光ビームの主光線軸、ＲＡ５…第５の光ビームの主光線軸、ＲＡ６…第６の光ビームの主光線軸

Claims (11)

1. 第１の光ビームと第２の光ビームを含む複数の光ビームを射出する第１の発光装置と、
   前記複数の光ビームが入射する第１のコリメータレンズと、
   前記第１のコリメータレンズを透過した前記第１の光ビームが入射する第１の反射部と、
   前記第１のコリメータレンズを透過した前記第２の光ビームが入射する第２の反射部と、を備え、
   前記第１の反射部および前記第２の反射部は、前記第１の反射部で反射された前記第１の光ビームが前記第２の反射部の外側の領域を通過し、前記第２の反射部で反射された前記第２の光ビームが前記第１の反射部の外側の領域を通過し、かつ前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとのなす角を減少させるように構成されており、
   第３の光ビームと第４の光ビームを射出する第２の発光装置と、
   前記第３の光ビームと前記第４の光ビームとが入射する第２のコリメータレンズと、
   前記第２のコリメータレンズを透過した前記第３の光ビームが入射する第３の反射部と、
   前記第２のコリメータレンズを透過した前記第４の光ビームが入射する第４の反射部と、
   前記第１の反射部と前記第２の反射部と前記第３の反射部と前記第４の反射部とを接続する接続部と、をさらに備え、
   前記第３の反射部および前記第４の反射部は、前記第３の反射部で反射された前記第３の光ビームが前記第４の反射部の外側の領域を通過し、前記第４の反射部で反射された前記第４の光ビームが前記第３の反射部の外側の領域を通過し、かつ前記第３の光ビームと前記第４の光ビームとのなす角を減少させるように構成されている光源装置。
2. 前記第１のコリメータレンズを透過直後の前記第１の光ビームと前記第１のコリメータレンズを透過直後の前記第２の光ビームとのなす角をθとすれば、前記第１の反射部および前記第２の反射部は、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとのなす角が０より大きくθより小さくなるように構成されている請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第１の発光装置は、前記第１の光ビームを射出する第１の発光面と、前記第２の光ビームを射出する第２の発光面と、を含む複数の発光面を有し、
   前記複数の発光面は所定の平面上に配置されており、
   前記第１のコリメータレンズの焦点は前記所定の平面上に位置している請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記第１のコリメータレンズの光軸は前記所定の平面に垂直である請求項３に記載の光源装置。
5. 前記第１のコリメータレンズから射出された光線束の強度分布を均一にするインテグレータを有し、
   前記第１の反射部および前記第２の反射部は、前記第１のコリメータレンズと前記インテグレータとの間の光路上に配置されている請求項１から４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記インテグレータと前記第１の反射部との間、および前記インテグレータと前記第２の反射部との間に光拡散素子を有する請求項５に記載の光源装置。
7. 前記第１のコリメータレンズの光軸が、前記第２の光ビームの主光線軸と一致している請求項１から６のいずれか１項に記載の光源装置。
8. 前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとは、同一の波長を有する請求項１から７のいずれか１項に記載の光源装置。
9. 第５の光ビームと第６の光ビームを射出する第３の発光装置と、
   前記第５の光ビームと前記第６の光ビームとが入射する第３のコリメータレンズと、をさらに備え、
   前記第３のコリメータレンズを透過した前記第５の光ビームは前記第１の反射部に入射し、
   前記第３のコリメータレンズを透過した前記第６の光ビームは前記第２の反射部に入射し、
   前記第１の反射部および前記第２の反射部は、前記第１の反射部で反射された前記第５の光ビームが前記第２の反射部の外側の領域を通過し、前記第２の反射部で反射された前記第６の光ビームが前記第１の反射部の外側の領域を通過し、かつ前記第５の光ビームと前記第６の光ビームとのなす角を減少させるように構成されている請求項１から８のいずれか１項に記載の光源装置。
10. 前記発光装置はレーザー光源である請求項１から９のいずれか１項に記載の光源装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１項の光源装置と、
    前記光源装置から射出される光を変調する光変調素子と、
    前記光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えるプロジェクター。

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